《軟件工程與項目管理》第1章軟件工程概述課件

1、軟件工程與項目管理學時：40學時 第1頁，共77頁。第1章 軟件工程概述掌握：軟件危機、軟件工程、軟件生命周期、軟件開發(fā)方法、軟件開發(fā)模型、軟件工具及支撐環(huán)境的相關(guān)概念。第2頁，共77頁。1.1 軟件危機第3頁，共77頁。1.1.1 軟件第4頁，共77頁。1.軟件的定義 軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的一部分，它是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。其中，程序是指按事先設(shè)計的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是指使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是指與程序開發(fā)、維護和使用有關(guān)的圖文資料。第5頁，共77頁。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第6頁，共77頁。2）按軟件規(guī)模微

2、型軟件小型軟件中型軟件大型軟件甚大型軟件極大型軟件第7頁，共77頁。3. 軟件的特點軟件是一種邏輯實體，而不是物理實體。軟件的生產(chǎn)過程是開發(fā)，而不是制造。軟件不存在磨損、老化現(xiàn)象。軟件的開發(fā)和運行常常受到計算機系統(tǒng)的限制。軟件是復(fù)雜的。第8頁，共77頁。年 份軟 件指 令 條 數(shù)1963水星計劃系統(tǒng)200萬條1967雙子星座計劃系統(tǒng)400萬條1973阿波羅計劃系統(tǒng)1000萬條1979哥倫比亞航天飛機系統(tǒng)4000萬條美國宇航局的軟件系統(tǒng)一覽表第9頁，共77頁。圖1-1 計算機系統(tǒng)中軟硬件成本所占比例的變化第10頁，共77頁。1.1.2 軟件生產(chǎn)的發(fā)展第11頁，共77頁。程序設(shè)計時期（約為20世紀

3、5060年代）程序系統(tǒng)時期（約為20世紀6070年代）軟件工程時期（20世紀70年代以后）第12頁，共77頁。 時 期特 點程 序 設(shè) 計程 序 系 統(tǒng)軟 件 工 程軟件的含義程序程序及規(guī)格說明書程序、文檔、數(shù)據(jù)主要程序設(shè)計語言匯編語言、機器語言高級語言 高級語言、各種開發(fā)工具軟件使用者程序員本人少數(shù)用戶市場用戶軟件規(guī)模小型中型大型開發(fā)軟件需要的人力個人開發(fā)小組開發(fā)小組及大中型軟件開發(fā)機構(gòu)軟件開發(fā)涉及的工作編碼設(shè)計、編碼、測試軟件生命周期的各個階段第13頁，共77頁。1.1.3 軟件開發(fā)面臨的主要問題第14頁，共77頁。 西方計算機科學家在20世紀6070年代總結(jié)了軟件開發(fā)和維護過程中遇到的一

4、系列嚴重問題，表現(xiàn)為以下幾方面：對軟件開發(fā)成本和進度的估計常常不準確，開發(fā)成本超出預(yù)算，實際進度相比預(yù)定計劃一再拖延。用戶對“已完成”系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象時有發(fā)生。軟件質(zhì)量常常不可靠，“缺陷”和“補丁”不斷。軟件的可維護程度非常低。軟件通常沒有相應(yīng)的文檔資料。軟件成本不斷提高。軟件開發(fā)生產(chǎn)率的提高趕不上硬件的發(fā)展和人們需求的增長。第15頁，共77頁。1.1.4 軟件危機的提出第16頁，共77頁。1968年，北大西洋公約組織的計算機科學家在聯(lián)邦德國召開國際會議，第一次討論了“軟件危機”問題?！败浖C”是指在計算機軟件的開發(fā)和維護過程中所遇到的一系列嚴重問題，這類問題不僅僅是“不能正常運行的軟件”才

5、具有的，實際上幾乎所有軟件都不同程度地存在這類問題。概括來說，軟件危機包含兩方面的問題：一是如何開發(fā)軟件，以滿足不斷增長、日趨復(fù)雜的需求；二是如何維護規(guī)模不斷膨脹的軟件產(chǎn)品。這次會議同時提出了解決“軟件危機”的途徑，即采用工程化的思想來管理軟件開發(fā)的過程，并正式提出“軟件工程”一詞，從此一門新興的工程學科軟件工程應(yīng)運而生。第17頁，共77頁。1.2 軟件工程第18頁，共77頁。1.2.1 軟件工程的定義第19頁，共77頁。軟件工程是導軟件開發(fā)和維護的一門工程學科。它采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法，把經(jīng)過時間檢驗而證明是正確的管理技術(shù)和當前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來，用于開發(fā)和維護軟件。

6、軟件工程是一門綜合性的交叉學科，它涉及哲學、計算機科學、工程科學、管理科學、數(shù)學及應(yīng)用領(lǐng)域知識。第20頁，共77頁。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第21頁，共77頁。1.2.2 軟件工程的內(nèi)容和目標第22頁，共77頁。軟件工程的三個要素軟件工程方法軟件工具軟件工程的過程第23頁，共77頁。軟件工程的目標付出較低的開發(fā)成本達到要求的軟件功能取得較好的軟件性能開發(fā)的軟件易于移植需要較低的維護費用能按時完成開發(fā)工作，及時交付使用第24頁，共77頁。1.2.3 軟件工程的作用第25頁，共77頁。（1）從軟件企業(yè)的專業(yè)人才來講，其作用體現(xiàn)在以下幾個方面：高層管理人員利用軟件工程的理

7、論和方法來管理整個公司。中層項目經(jīng)理和軟件工程師：利用軟件工程的理論和方法，來管理項目組的軟件開發(fā)。軟件藍領(lǐng)工人利用軟件工程的理論和方法來實現(xiàn)軟件的開發(fā)。軟件營銷人員利用軟件工程的理論和方法與客戶進行溝通，以贏得客戶的信任。軟件實施和維護人員：利用軟件工程的理論和方法，來實現(xiàn)軟件的功能、性能與接口的實施和維護。軟件售前人員利用軟件工程的理論和方法，來提高投標成功的把握。第26頁，共77頁。（2）從軟件項目管理來講，其作用體現(xiàn)在：在規(guī)定的時間內(nèi)按照規(guī)定的成本實現(xiàn)符合預(yù)期的質(zhì)量目標（軟件的功能、性能和接口達到需求說明書的要求）的軟件。（3）從軟件企業(yè)本身來講，其作用體現(xiàn)在：持續(xù)地規(guī)范軟件開發(fā)過程和

8、軟件管理過程，不斷地優(yōu)化軟件組織的個人素質(zhì)和集體素質(zhì)，從而逐漸增強軟件企業(yè)的市場競爭實力。（4）從軟件企業(yè)發(fā)展進程來講，其作用體現(xiàn)在：克服軟件危機，控制軟件開發(fā)進度，節(jié)約開發(fā)成本，提高軟件質(zhì)量。第27頁，共77頁。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第28頁，共77頁。1.2.4 軟件工程的基本原則第29頁，共77頁。用分階段的生存周期計劃嚴格管理堅持進行階段評審實行嚴格的產(chǎn)品控制采用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)結(jié)果應(yīng)能清楚地審查開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精承認不斷改進軟件工程實踐的必要性第30頁，共77頁。1.3 軟件生命周期第31頁，共77頁。1.3.1 軟件生命周期的定義第32頁，共77

9、頁?？尚行苑治鲂枨蠓治龈乓O(shè)計詳細設(shè)計編碼測試維護第33頁，共77頁?？尚行苑治?在項目進入具體開發(fā)之前，首先需要進行的步驟是可行性分析。這一步驟必須回答的問題是“將要開發(fā)的軟件系統(tǒng)是做什么的？在經(jīng)濟上、技術(shù)上和操作上是否可行？”，具體來說，需要考慮的問題有：該軟件項目的性質(zhì)是什么、它是數(shù)據(jù)處理問題還是實時控制問題、它是科學計算問題還是人工智能問題等，以及該問題是否有行得通的解決辦法，若有解決問題的辦法，則需要多少費用、多少資源（包括硬件、軟件和人員）、多少時間。第34頁，共77頁。需求分析 這一階段主要要解決的是系統(tǒng)“做什么”的問題。用戶了解他們所面對的問題，知道必須做什么，但是通常不能完整

10、地、準確地表達出來，也不知道怎樣用計算機解決他們的問題。而軟件開發(fā)人員雖然知道怎樣用軟件完成人們提出的各種功能要求，但是，對用戶的具體業(yè)務(wù)和需求不完全清楚，這是需求分析階段的困難所在。第35頁，共77頁。概要設(shè)計 這一階段主要解決的是系統(tǒng)“怎么做”的問題。具體來說，開發(fā)人員要把確定的各項功能需求轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，每個成分都是意義明確的模塊，即每個模塊都和某些功能需求相對應(yīng)。因此，概要設(shè)計的核心內(nèi)容就是設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)，弄清該結(jié)構(gòu)由哪些模塊構(gòu)成，每個模塊的功能是什么，這些模塊之間的層次結(jié)構(gòu)是怎樣的。同時，還要設(shè)計該應(yīng)用系統(tǒng)的總體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用系統(tǒng)要存儲什么數(shù)據(jù)，這

11、些數(shù)據(jù)是什么樣的結(jié)構(gòu)，它們之間有什么關(guān)系等。第36頁，共77頁。可行性分析 在項目進入具體開發(fā)之前，首先需要進行的步驟是可行性分析。這一步驟必須回答的問題是“將要開發(fā)的軟件系統(tǒng)是做什么的？在經(jīng)濟上、技術(shù)上和操作上是否可行？”，具體來說，需要考慮的問題有：該軟件項目的性質(zhì)是什么、它是數(shù)據(jù)處理問題還是實時控制問題、它是科學計算問題還是人工智能問題等，以及該問題是否有行得通的解決辦法，若有解決問題的辦法，則需要多少費用、多少資源（包括硬件、軟件和人員）、多少時間。第37頁，共77頁。詳細設(shè)計 詳細設(shè)計階段就是對每個模塊要完成的功能具體描述為精確的、結(jié)構(gòu)化的過程描述，即該模塊的控制結(jié)構(gòu)是怎樣的，先做什

12、么，后做什么，有什么樣的條件判定，有哪些重復(fù)處理等，然后用相應(yīng)的工具把這些控制結(jié)構(gòu)表示出來。第38頁，共77頁。編碼 編碼階段就是把每個模塊的控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成計算機可接受的程序代碼，即用種某特定程序設(shè)計語言編寫的“源程序清單”。編寫出的程序應(yīng)該結(jié)構(gòu)好、清晰易讀，并與設(shè)計一致。第39頁，共77頁。測試 軟件測試階段的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，也就是對軟件系統(tǒng)進行從上到下的全面的測試和檢驗，看它是否符合軟件總體設(shè)計方案規(guī)定的功能和要求。測試分為模塊測試、集成測試、確認測試。模塊測試是查找各模塊在功能和結(jié)構(gòu)上存在的問題。集成測試是將各模塊按一定順序組裝起來進行的測試，主要是查找各模塊之間的接口問題。確

13、認測試是按需求說明書對軟件的功能逐項進行測試，以確定軟件功能是否符合用戶的需求，開發(fā)的軟件是否合格，能否交付用戶使用。第40頁，共77頁。維護 軟件維護是軟件生存周期中時間最長的階段。己交付的軟件正式投入使用后便進入了軟件維護階段，它可以持續(xù)幾年甚至幾十年。在軟件運行過程中，可能由于各方面的原因需要對其進行修改，如運行中發(fā)現(xiàn)了軟件隱含的錯誤而需要修改，為了適應(yīng)變化了的軟件運行環(huán)境而需要做適當?shù)刈兏?，也可能是因為用戶業(yè)務(wù)發(fā)生變化而需要擴充和增強軟件的功能等。第41頁，共77頁。第42頁，共77頁。1.4 軟件開發(fā)方法第43頁，共77頁。1.4.1 結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法第44頁，共77頁。1978年，E

14、.Yourdon和L.L.Constan-tine提出SASD（Structured Analysis and Structured Design）方法，也可稱為面向功能的軟件開發(fā)方法，或面向數(shù)據(jù)流的軟件開發(fā)方法結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法的指導思想是自頂向下、逐步求精，基本原則是功能分解與抽象，它由結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計構(gòu)成第45頁，共77頁。1.4.2 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開發(fā)方法第46頁，共77頁。以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為驅(qū)動的以1975年M.A.Jackson提出的Jackson方法和1974年J.D.Warnier提出的Warnier方法最有代表性主要思想是：一個問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與處理該問題數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

15、控制結(jié)構(gòu)有著驚人的相似之處，根據(jù)這一思想，從目標系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，導出程序框架結(jié)構(gòu)，再補充其他細節(jié)，就可以得到完整的程序結(jié)構(gòu)圖對輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明確的中小型系統(tǒng)特別有效第47頁，共77頁。1.4.3 面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法第48頁，共77頁。面向?qū)ο箝_發(fā)方法的基本出發(fā)點是盡可能按照人類認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題?？陀^世界是由許多具體的事物、事件、概念和規(guī)則組成的，這些均可看成對象面向?qū)ο驩O（Object-Oriented）技術(shù)在需求分析、可維護性和可靠性這3個軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標上有了實質(zhì)性的突破 ，徹底解決了在這些方面存在的問題第49頁，共77頁。1.5 軟

16、件開發(fā)模型第50頁，共77頁。1.5.1 瀑布模型第51頁，共77頁。 瀑布模型是由溫斯頓羅伊斯（Winston Royce）在1970年提出的，其核心思想是按工序?qū)栴}簡化，將功能的實現(xiàn)與設(shè)計分開，便于分工協(xié)作，即采用結(jié)構(gòu)化的分析與設(shè)計方法將邏輯實現(xiàn)與物理實現(xiàn)分開。瀑布模型將軟件生命周期劃分為軟件計劃、需求分析和定義、軟件設(shè)計、軟件實現(xiàn)、軟件測試、軟件運行和維護6個階段，并規(guī)定了它們自上而下、相互銜接的固定次序第52頁，共77頁。第53頁，共77頁。瀑布模型的特點十分明顯：軟件生存周期的順序性盡可能推遲軟件的編碼強調(diào)文檔第54頁，共77頁。瀑布模型的主要問題：各個階段的劃分完全固定，階段之間

17、產(chǎn)生大量的文檔，極大地增加了工作量。 由于開發(fā)模型是線性的，用戶只有等到整個過程的末期才能見到開發(fā)成果，從而增加了開發(fā)的風險。 早期的錯誤可能要等到開發(fā)后期的測試階段才能發(fā)現(xiàn)，進而帶來嚴重的后果。第55頁，共77頁。1.5.2 快速原型模型第56頁，共77頁。 快速原型模型主要是針對在軟件開發(fā)過程中需求分析不明確的情形而提出的，它又稱為原型模型。采用快速原型模型進行開發(fā)的過程是：在開發(fā)真實系統(tǒng)之前構(gòu)造一個原型，在該原型的基礎(chǔ)上逐漸完成整個系統(tǒng)的開發(fā)工作。第57頁，共77頁。第58頁，共77頁。與瀑布模型相比，快速原型模型克服了瀑布模型的缺點，減少了由于軟件需求不明確而帶來的開發(fā)風險；軟件原型直

18、觀、形象，更多地遵循了人們認識事物的規(guī)律，因而更容易被人們接受；采用模擬的方法，縮短了用戶和系統(tǒng)分析、設(shè)計人員之間的距離；在整個系統(tǒng)開發(fā)過程中反饋及時，標準統(tǒng)一，因而可及時地暴露問題；充分利用了新一代軟件開發(fā)工具，使系統(tǒng)開發(fā)和運行的效率都大大提高?？焖僭湍Ｐ偷牟蛔阒幵谟冢嚎焖俳⑵饋淼南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)加上連續(xù)的修改可能會導致產(chǎn)品質(zhì)量低下。第59頁，共77頁。1.5.3 漸增模型第60頁，共77頁。第61頁，共77頁。與瀑布模型相比，快速原型模型克服了瀑布模型的缺點，減少了由于軟件需求不明確而帶來的開發(fā)風險；軟件原型直觀、形象，更多地遵循了人們認識事物的規(guī)律，因而更容易被人們接受；采用模擬的方法，縮短了用戶和系統(tǒng)分析、設(shè)計人員之間的距離；在整個系統(tǒng)開發(fā)過程中反饋及時，標準統(tǒng)一，因而可及時地暴露問題；充分利用了新一代軟件開發(fā)工具，使系統(tǒng)開發(fā)和運行的效率都大大提高?？焖僭湍Ｐ偷牟蛔阒幵谟冢嚎焖俳⑵饋淼南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)加上連續(xù)的修改可能會導致產(chǎn)品質(zhì)量低下。第62頁，共77頁。1.5.4 螺旋模型第63頁，共77頁。 螺旋模型將軟件開發(fā)劃分為制訂計劃、風險分析、實施開發(fā)和客戶評估4類活動，活動描述如下：制訂計劃：確定軟件目標，選定實施方案，明確項目開發(fā)的限制條件。風險分析：分析所選方案，考慮如何識別和消除風險。實施開發(fā)：實施軟件開發(fā)仍然按照瀑布模型中的分析、設(shè)計、編碼、測試